[科普中国]-刚玉砖

简介

刚玉砖是指氧化铝的含量大于90%、以刚玉为主晶相的耐火材料制品。很高的常温耐压强度(可达340MPa)。高的荷重软化开始温度(大于1700℃)。很好的化学稳定性,对酸性或碱性渣、金属以及玻璃液等均有较强的抵抗能力。热震稳定性与其组织结构有关,致密制品的耐侵蚀性能良好,但热震稳定性较差。分为烧结刚玉砖和电熔刚玉砖两种。可分别用烧结氧化铝和电熔刚玉作原料或Al2O3/SiO2比高的矾土熟料与烧结氧化铝配合,采用烧结法制成。也可用磷酸或其他黏结剂制成不烧刚玉砖。主要用于炼铁高炉和高炉热风炉、炼钢炉外精炼炉、滑动水器、玻璃熔窑以及石油化工工业炉等。

刚玉砖已广泛应用于高温、高压、化学侵蚀和机械磨损严重的石化热工装置中作内衬材料, 随着石化行业生产技术的进步, 生产中采用了很多新工艺和新技术, 为使设备达到大负荷、长周期、低能耗、低成本的目的, 除对各种热工设备进行改造外,还对各种热工设备的内衬材料提出了更高的要求。为此, 开发了一种耐高温和抗侵蚀性更好的铬刚玉系列产品, 以满足石化行业的需求1。

铬刚玉砖研制及性能指标刚玉砖所用原料是由氧化铝和氧化铬按一定比例配比, 经过高温熔化合成的一种固溶体。采用特种耐火材料生产工艺制成耐火砖, 可以改善和提高制品的内在质量, 提高制品的高温性能。我厂开发生产的部分高性能铬刚玉砖(AK 、AKZ)的理化性能指标已达到国外部分同类产品及刚玉砖的性能指标要求。

可以看出,刚玉砖性能优异, 可达到国外同类产品的质量水平, 在使用中可替代进口耐火材料。

性能分析1 刚玉砖的耐火性能

由Al2O3 -Cr2O3 二元相图可知,Al2O3 和Cr2O3能形成连续固溶体, 而没有低共熔物产生。因此, 在高纯刚玉材料中加入Cr2O3 , 不论加入量多少, 不仅不会降低材料的耐火性能, 反而使材料的耐火性能有所提高。铬刚玉砖的耐火度(>1790 ℃)及荷重软化温度(>1700 ℃)均优于高纯刚玉制品。

2 刚玉砖的强度

高纯刚玉砖的常温耐压强度一般为70 ～ 100MPa , 高性能铬刚玉砖的常温耐压强度一般>150MPa , 其强度明显高于刚玉砖。这是由于制品在烧成过程中, 其颗粒与颗粒之间, 颗粒与细粉之间, 细粉与细粉之间均形成了Al2O3 -Cr2O3 固溶体, 该固溶体象桥一样把颗粒、细粉连接在一起, 使材料的强度大大提高。

3 热震稳定性

据资料报道, 在刚玉中加入Cr2O3 , 当C r2O3 含量为10 %～ 66 %时, 材料的热震稳定性随C r2O3 含量的增加而降低, 即C r2O3 含量低的铬刚玉砖, 其热震稳定性好于Cr2O3 含量高的铬刚玉砖。我厂推广应用的高性能铬刚玉砖Cr2O3 含量在12 %～20 %之间, 其热震稳定性比刚玉砖有所提高;尤其是加入少量产生相变的添加剂而生产出的AKZ 型铬刚玉砖, 热震稳定性更优。

4 抗渣侵蚀能力

各种耐火材料氧化物在熔融煤渣中的溶解度：Cr2O3 在煤气化炉渣(SiO2 -CaO系)及各种玻璃熔体中的溶解度比其他氧化物材料的溶解度要小得多。因而Cr2O3 或含Cr2O3 的耐火材料具有良好的抗钢渣、有色冶炼渣、煤气化炉渣、油气化炉渣和各种玻璃熔体熔蚀能力。Cr2O3 熔体或Cr2O3 与炉渣反应生成的液相粘度比其他低熔物粘度大, 这就阻止了熔渣沿毛细气孔向砖体内部渗透, 避免形成变质层而产生结构剥落。

不同Cr2O3 含量的铬刚玉砖与刚玉砖被玻璃熔渣侵蚀的深度不同。试验表明:Cr2O3